《自然·物理》雜志3月20日發(fā)表了一篇論文，一個(gè)國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次成功操縱了彼此關(guān)聯(lián)的光子，這是量子領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，可能會(huì)帶來我們目前甚至無法想象的技術(shù)，例如利用光量子來制造更好的量子計(jì)算機(jī)。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)來自瑞士巴塞爾大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)和德國波鴻魯爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)，科學(xué)家們制造了一個(gè)設(shè)備，可以向一個(gè)量子點(diǎn)（一個(gè)人工創(chuàng)造的原子）同時(shí)發(fā)射一個(gè)單光子和一對(duì)束縛光子，并誘發(fā)了強(qiáng)烈的相互作用，可以測(cè)量出單光子和束縛光子之間的直接時(shí)間延遲。

這臺(tái)設(shè)備是利用受激發(fā)射來建立光子的束縛態(tài)的，受激發(fā)射我們并不陌生，這是愛因斯坦1916年首次描述的。

光的發(fā)射過程分兩種，一種是沒有外來光子時(shí)，處于高能級(jí)的電子自發(fā)向低能級(jí)躍遷，發(fā)射一個(gè)光子，這叫自發(fā)躍遷。

另一種是處于高能級(jí)的電子受到光子激發(fā)，躍遷至低能級(jí)并輻射一個(gè)完全相同的光子，這叫受激發(fā)射躍遷。

受激輻射和自發(fā)輻射的最大區(qū)別，就是受激發(fā)光的相位、偏振方向和傳播方向與激發(fā)光完全相同，激光就是根據(jù)這個(gè)原理來的。

所以你就可以知道了，受激發(fā)射已經(jīng)是一種“古老”的技術(shù)了，畢竟激光已經(jīng)發(fā)明那么多年了。

然而激光是利用鏡子不斷反射激發(fā)更多光子，最終形成一束完美同步，可以在很遠(yuǎn)距離上聚焦的光線，這意味著所有激光都包含著大量的光子。

而科學(xué)家們這次的重大突破，就是實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)光子及來自單個(gè)原子的小群光子的受激發(fā)射和探測(cè)，并導(dǎo)致它們強(qiáng)相關(guān)，從而形成了“量子光”。

在實(shí)驗(yàn)中科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，單光子、雙光子和三光子束縛態(tài)會(huì)產(chǎn)生不同的時(shí)間延遲，單光子的時(shí)間延遲最長(zhǎng)，光子數(shù)越多就越短。

科學(xué)家們認(rèn)為這是一個(gè)巨大的進(jìn)步，證明他們已經(jīng)可以識(shí)別和操縱光子的束縛態(tài)，并向?qū)嶋H利用量子光邁出了至關(guān)重要的第一步。這又是一個(gè)從0到1的巨大突破嗎？

論文作者、悉尼大學(xué)物理學(xué)家薩漢德·馬哈茂德（Sahand Mahmoodian）說，這打開了操縱我們稱之為“量子光”的大門，這一基礎(chǔ)科學(xué)為量子增強(qiáng)測(cè)量技術(shù)和光量子計(jì)算的進(jìn)步開辟了道路（This fundamental science opens the pathway for advances in quantum-enhanced measurement techniques and photonic quantum computing）。

科學(xué)家們已經(jīng)雄心勃勃，準(zhǔn)備利用相同的原理開發(fā)出更有效的設(shè)備，來提供束縛態(tài)的光子，在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域大顯身手，包括生物研究、先進(jìn)制造、醫(yī)學(xué)成像、量子信息處理等，都可能通過新的設(shè)備獲得巨大的飛躍。

論文：https://www.nature.com/articles/s41567-023-01997-6